用于船舶的减摇鳍和主动式稳定系统的制作方法
【专利说明】用于船舶的减摇鳍和主动式稳定系统 发明领域
[0001] 本发明涉及稳定船舶的领域，主要是针对使人不愉快并且有时对乘客和船员不安 全的侧倾（roll)，但相比于传统类型的主动式减摇鳍系统，本发明也具有用于减少摇摆和 偏航后果的改进功能。
【背景技术】
[0002] 减少船舶在波浪中令人不愉快以及有时危险的侧倾运动的技术已经发展了许多 年，并具有在不同条件、船舶类型和尤其是实施与运作成本下用于不同利益和结果的许多 原理技术。这种不同的系统包括减摇鳍、陀螺稳定器和污水舱，这提到的是最常见的。
[0003] 客船、舰艇等所使用的传统的稳定系统，通常都设计用于正在行进的情况下，且大 多数为了船以位移模式并由此以相对较低的速度巡航。传统上使用稳定器的船舶由它们的 尺寸和船体形状而通常也具有长时间的侧倾，由此需要相对缓慢作用的稳定系统，在波浪 力上相对长时间地施加反作用力。在过去的15年中，市场已经发展到当船舶抛锚后停泊 时（即没有任何向前运动）仍然需要提供侧倾稳定器以及被安装在更快的船只中的稳定系 统，包括滑行艇。这些变化创造出许多新的挑战和问题，说明如下。
[0004] 第一个普遍已知的问题是关于船舶不在水中前行，因此通过船向前运动，能够利 用经过鳍的水流的力量，从而创造波浪力的反作用力使船舶左右侧倾，减摇鳍可以施加反 作用力的唯一途径是使鳍拍动/漂浮。这意味着可能的峰值力以及施加这样的力的时间是 有限的。所述力是鳍的尺寸和鳍移动速度的结果，并且相反的，鳍移动得越快，由于鳍的有 限物理运动使得所述力可施加的时间更短，并且在那个时候为了在不希望方向不引起太多 的反作用力它不得不被停止。数学上或作为物理学的术语，总力推动主要由鳍的尺寸决定。
[0005] 第二个问题普遍的事实是现代更快的船舶具有的船体形状和重量使得它们的自 然摆动周期比已经安装了稳定器的传统船只短了很多，而且与配备有稳定器的传统船舶相 比，它们对稳定器力量的物理需求相比于船的尺寸是更高的因素。计算稳定系统的必需力 量减少侧倾到所希望的量的主要数学方法通常是基于被称作稳心高度（GM)的因素。这是 由以下决定的因素：水面上的船舶有多么坚硬（即，它越多遵循波角，则需要更多来自稳定 器系统的力以反作用这种侧倾），以及稳定器系统实际上做了什么迫使船不遵循波角。
[0006] 鉴于这些现代船只都需要更多的力量，同时还允许更短的时间来施加该力的事 实，很显然更加难以稳定这些船只。
[0007] 简单的解决方法是安装非常大的鳍片才能够达到预期的减摇力，但是这并不总是 非常好的解决方法，有几个原因：不只是因为非常大的鳍通过水造成很多阻力从而导致油 耗增加和速度减少，更重要的是考虑到在快速船上的一切阻力是速度的二次因素，A2所以 在快速船舶上的影响变大。所需要运行更大鳍的驱动装置的物理尺寸和功率消耗也创造了 相当大的问题：现代船舶被设计具有高优先级的可居住空间和成本效率。
[0008] 如由其它专利和工作在过去几年里所证明的，许多的努力已投入创造具有低阻力 的鳍片和尽可能具有成本和能源效益的动力系统。
[0009] 然而，第三个问题显然没有考虑那么多，但是在本发明中是重要的益处，其通过使 用非常大的传统鳍以达到所需的摇减力，这也会对船只产生其它影响，船舶越快和越轻，这 些影响变得更加负面。在水中具有6度运动自由的船舶，简单地增加传统的冲击力导致摇 摆和偏航增加而造成对船舶的其它负面影响，无论是在正在行进和停泊然后其它的状态 下，但是仍然对船产生不舒服的和负面影响。
[0010] 目前，整体市场观点是即使具有现有鳍的局限性的减摇鳍提供了最佳的整体解决 方案，其作为单一的技术系统来用于行进和停泊稳定，因为大多数其它的解决方案，如陀螺 仪或稳定罐在更快船只正在行进的情况下表现不是非常好。然而，能够在停泊状况下或高 速的轻重量船只上施加足够的力，而不会对的船只产生太多其它的负面影响，通常仍然是 减摇鳍有待解决的问题。
[0011] -种改善这种状况的解决方案在专利US2007/0272143/EP1 577 210中提出，描 述了具有改变其大小和形状的能力的减摇鳍，从而在行进和停泊状态具有不同尺寸，在不 需要时增加了可能的力而不产生额外的阻力。
[0012] 欧洲专利申请EP1577210A1描述了主动式侧倾稳定系统，其包含具有子元件的 鳍，所述子元件是可移动的，即相对于所述鳍连接。
[0013] 其它已知的解决方案是可伸缩的减摇鳍，当需要时只需将其在水中展开，因此当 不需要时不生成阻力。由于其复杂性、内部空间需求和成本，这些解决方案很少用在安装空 间和预算有限的船舶。
[0014] 还有许多其它专利和专利申请的各种手段和方法以提高减摇鳍的效率，其中大部 分涉及不同类型的驱动机理或控制算法，从而与本发明无关。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是公开用于船舶的主动式稳定系统，所述主动式稳定系统比现有技 术更有效。
[0016] 由于施加在稳定器的强大的力，现有技术的一个问题是主动式侧向稳定器可导致 船舶侧倾或偏航，并由此对乘客产生另外的不愉快的运动，如上所述。
[0017] 因此本发明的目的是公开主动式稳定系统，所述主动式稳定系统能够稳定停泊和 开动中的船舶的侧倾运动，而不会引入船舶的其它令人不愉快的运动。
[0018] 有关防侧倾稳定系统设计的挑战是鳍不应该横向延伸到船体之外。许多船只，并 且尤其是用于休闲的船具有平坦的V形船体，且这意味着鳍必须位于平坦部下方，这对不 同的鳍运动给予很少的自由。
[0019] 通过主动式减摇鳍系统能够施加足够的减摇力以显著减少波浪诱导的船舶侧倾 运动，同时维持负面影响（例如增加燃料消耗、降低速度、所述稳定系统的直接能量消耗、 船内的空间消耗、初期投资成本、使用和维护成本）并使所述船舶其它令人不愉快的运动 到达最低限度的问题已经由本发明解决。
[0020] 本文所公开的解决方案建议使用的鳍设计在正在行进和停泊状态下改变由减摇 鳍所产生的力的方向，使得比现有技术系统在期望的方向上引导更多所产生的力来仅抵消 侧倾。由于所施加的力的方向对预期任务更理想，所以鳍在尺寸上可以更小，从而产生更小 阻力，所述鳍在小得多的直接功率消耗下具有相同的减摇力并且能够在所期望方向施用更 多的力而不期望的方向施用较少的力，从而也使船舶产生更少不必要的其它动作。
[0021] 基于数学模型的独立分析表明，根据本发明的具有新颖性和创造性的减摇鳍的形 状解决了上述问题。因此在本发明的实施方案中，本发明是用于具有船体的船舶的减摇鳍， 其中所述减摇鳍包括；
[0022] -鳍基（finbase) (11)，其被设置为利用枢轴装置（20)可枢转地安装到所述船体 上，以使得所述减摇鳍（10)可以围绕枢轴线（P)旋转，
[0023] -鳍尖（fintip) (30)，
[0024] -前缘（I2)，和
[0025] -后缘（13)，
[0026] 其中，所述减摇鳍（10)的正向（f)定义为从所述鳍基（11)处的后缘（13)到前缘 (12)，并且其中所述鳍尖（30)处的后缘（13)远离平面（15)弯曲，使所述后缘（13)得到在 垂直于所述平面（15)的横向方向（Id)上的凹形轮廓（concaveprofile)，所述平面（15) 由正向（f)和枢轴线（P)所定义。
[0027] 在实施方案中，本发明也是用于船舶的主动式减摇鳍系统，所述船舶的船体具有 中心线，其中所述主动式减摇鳍系统包括；
[0028] _根据权利要求1所述的第一减摇鳍（10)和第一枢轴装置，其被设置为在中心线 的左舷侧安装到船体（2)上，
[0029] _根据权利要求1所述的第二减摇鳍（10)和第二枢轴装置，其被设置为在中心线 的右舷侧安装到船体（2)上，
[0030] 其中所述第一和第二减摇鳍（10,10)的鳍尖（30)远离中心线朝相反的横向方向 弯曲，
[0031] -所述第一和第二枢轴装置（20)被设置为分别枢转所述第一减摇鳍（10)和第二 减摇鳍（10)，
[0032] -侧倾传感器（60)，和
[0033] -控制系统（70)，其中所述控制系统被设置为从侧倾传感器(60)接收侧倾指示传 感器信号，并且进一步被设置用于发送控制信号到第一和第二枢轴装置（20)来枢转第一 和第二减摇鳍（10)，从而抵消所述船舶的侧倾。
[0034] 因此，相比于鳍的尺寸、能量消耗、技术复杂度、负面的船舶运动影响和成本的基 本水平，本发明提供了显著增加的减摇力。本发明完全独立于所使用的驱动技术。即它对 所有驱动技术提供相同的益处。
【附图说明】
[0035] 附图示出了要求保护的发明的一些实施方案。
[0036] 根据本发明，图1是减摇鳍的等距视图。
[0037] 根据本发明的实施方案，图2示出了减摇鳍在三个不同位置在枢轴线（p)的周围 旋转。
[0038] 根据本发明的实施方案，图3示出了两个减摇鳍安装到船的船体上。
[0039] 根据图4a中的现有技术和根据图4b中的本发明，图4示出了具有鳍的船上产生 的动量。
[0040]